機械設(shè)計6齒輪

第六章齒輪傳動6.1概述特點：?瞬時傳動比恒定

?傳動效率高

?工作可靠使用壽命長?結(jié)構(gòu)緊湊?適應(yīng)范圍大

?缺點：齒輪加工時需要專用的機床和刀具，成本高；精度低時噪音大；不易用于軸間距過大的傳動齒輪傳動的分類：按齒輪的工作條件：閉式：封閉在箱體內(nèi)，安裝精度高、潤滑條件好開式：齒輪外露，不能防塵、周期潤滑、精度低半開式：齒輪浸入油池、外裝護(hù)罩、防塵性差按齒面硬度：軟齒面：HB≤350硬齒面：HB>3506.2齒輪傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則一、齒輪傳動的主要失效形式1、輪齒的折斷脆性折斷：脆性材料、沖擊或過載疲勞折斷：齒根應(yīng)力集中、交變載荷反復(fù)作用、疲勞裂紋擴展防止折斷：增大齒根、加工精度、選材料、熱處理等直齒斜齒輪齒折斷2、齒面疲勞點蝕防止點蝕：增加齒面硬度、降低粗糙度、合理選用潤滑油粘度點蝕原因：接觸應(yīng)力的反復(fù)作用點蝕后果：輕者振動噪音，重者不能工作3、齒面磨損防止磨損：改善潤滑、提高齒面硬度、改用閉式傳動磨損原因：齒面進(jìn)入磨料磨損后果：齒形破壞、變薄引起沖擊、振動，甚至斷齒4、齒面膠合膠合原因：相對滑動速度大，致使溫度高、潤滑失效膠合現(xiàn)象：兩表面尖峰接觸后粘結(jié)，再被撕開

冷膠合、熱膠合防止膠合：減小模數(shù)、降低齒高、提高齒面硬度、改善材料、加極壓添加劑膠合后果：產(chǎn)生振動、噪聲，不能工作5、輪齒塑性變形防止塑性變形：提高齒面硬度、提高潤滑油粘度齒體塑性變形：突然過載，引起齒體歪斜塑性變形原因：齒面軟，潤滑失效、摩擦變大齒面塑性變形：齒面表層材料沿摩擦力方向流動塑性變形后果：齒廓形狀變化，破壞正確嚙合輪齒塑性變形二、齒輪傳動的設(shè)計準(zhǔn)則?閉式軟齒面齒輪傳動：常因齒面點蝕而失效，故通常先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，然后校核齒根彎曲疲勞強度。?閉式硬齒面齒輪傳動：其齒面接觸承載能力較高，故通常先按齒根彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，然后校核齒面接觸疲勞強度。?開式齒輪傳動：其主要失效形式是齒面磨損，而且在輪齒磨薄后往往會發(fā)生輪齒折斷。故目前多是按齒根彎曲疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，并考慮磨損的影響將模數(shù)適當(dāng)增大。?高速重載齒輪傳動：可能出現(xiàn)齒面膠合，故需校核齒面膠合強度。6.3齒輪材料及其熱處理一、齒輪材料對材料的基本要求：*齒面有足夠的硬度；*輪芯有足夠的強度和韌性；*具有良好的機械加工和熱處理工藝性；*價格低。制造齒輪常用材料：鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料齒輪常用材料的機械性能及應(yīng)用范圍二、熱處理方法載荷系數(shù)K6.4齒輪傳動的計算載荷名義載荷：由額定功率計算出的載荷計算載荷：名義載荷乘以載荷系數(shù)一、使用系數(shù)KA

使用系數(shù)KA是考慮由于齒輪嚙合外部因素引起附加動載荷影響的系數(shù)。影響KA的主要因素：原動機和工作機的工作特性。影響K的主要因素：基節(jié)和齒形誤差產(chǎn)生的傳動誤差、節(jié)線速度和輪齒嚙合剛度等。二、動載系數(shù)K

動載系數(shù)K是考慮由于齒輪制造精度、運轉(zhuǎn)速度等輪齒內(nèi)部因素引起的附加動載荷影響系數(shù)。減小K的辦法提高精度齒廓修形三、齒向載荷分布系數(shù)K齒向載荷分布系數(shù)K是考慮沿齒寬方向載荷分布不均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)影響K的主要因素有：齒輪的制造和安裝誤差，輪齒、軸系及機體的剛度，齒輪在軸上相對于軸承的位置，輪齒的寬度及齒面硬度等。齒向載荷分布不均減小載荷不均齒輪精度，齒輪寬度，系統(tǒng)剛度，齒端修形，齒輪位置。扭矩從不同端輸入對輪齒受力的影響四、齒間載荷分配系數(shù)K齒間載荷分配系數(shù)K是考慮同時嚙合的各對輪齒載荷分配不均勻?qū)嘄X應(yīng)力的影響系數(shù)。影響K的主要因素有：輪齒制造誤差，特別是基節(jié)偏差，輪齒的嚙合剛度，重合度和跑合情況等。查表6-3選擇數(shù)值6.5齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）齒輪軸如果圓柱齒輪齒根圓到鍵槽底面的徑向距離e2.5m(mn),則可將齒輪與軸做成一體稱為齒輪軸.(2)實心式齒輪

當(dāng)da

200mm,且e>2.5m(mn),則可做成實心式(3)腹板式齒輪當(dāng)da

500mm時，為了減少質(zhì)量和節(jié)約材料，通常采用腹板式結(jié)構(gòu)(4)輪輻式齒輪da=400~1000mm,多采用輪輻式的鑄造結(jié)構(gòu)(5)鑲套式齒輪大直徑的齒,為節(jié)省材料,可采用鑲套式齒圈。(6)焊接式齒輪單件生產(chǎn)而尺寸過大又不利于鑄造的齒輪,可采用焊接結(jié)構(gòu)6.6標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強度計算一、輪齒受力分析圓周力徑向力法向力力的大小：力的方向判斷:作用于主、從動輪上的各對力均大小相等，方向相反。Ft

在主動輪上與運動方向相反，在從動輪上與運動方向相同。Fr

的方向與嚙合方式有關(guān)，對于外嚙合，主、從動輪上的徑向力分別指向各自的輪心。二、齒面接觸疲勞強度計算赫茲接觸模型(力學(xué)模型)：兩圓柱體接觸時產(chǎn)生彈性變形，其接觸應(yīng)力的大小由赫茲接觸應(yīng)力計算。赫茲接觸應(yīng)力強度條件式齒面接觸應(yīng)力小齒輪輪齒B點的接觸應(yīng)力最大通常按節(jié)點計算接觸應(yīng)力將齒輪齒廓在節(jié)線處簡化成圓柱小齒輪輪齒受力法向計算載荷綜合曲率令代入上式得：節(jié)點C處的參數(shù)：由將上述參數(shù)代入令則得：齒面接觸疲勞強度的校核公式:br為有效齒寬直齒輪重合度系數(shù)=0.85-0.92取或,齒面接觸疲勞強度的設(shè)計公式:或mmmm式中:u---齒數(shù)比ZE---材料彈性系數(shù),ZH---節(jié)點區(qū)域系數(shù),反映了節(jié)點齒廓形狀對接觸應(yīng)力的影響,按圖查取---齒寬系數(shù),按表6-5選取d1---小齒輪分度圓直徑,mmb---齒寬,mm---許用接觸應(yīng)力,MPa.a---傳遞中心距,mmT1---小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,N.mm三、齒根彎曲疲勞強度計算強度條件式力學(xué)模型：危險截面位置，簡化成懸臂梁，30o切線法使齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力使齒根產(chǎn)生壓應(yīng)力剪應(yīng)力、壓應(yīng)力及應(yīng)力集中在應(yīng)力修正系數(shù)Ys中予以修正實際最大力的作用點在D點；推導(dǎo)公式時假定最大力作用在E點，這樣應(yīng)力大于實際值；用小于1的重合度系數(shù)

修正。假定條件：由于重合度的影響齒形系數(shù)齒根彎曲疲勞強度校核公式：彎曲應(yīng)力齒根彎曲疲勞強度的設(shè)計公式mm式中：YF---齒形系數(shù)：反映了輪齒幾何形狀對齒根彎曲應(yīng)力F

的影響齒數(shù)、變位系數(shù)、分度圓壓力角增大，均可使齒厚增厚，YF減小、F減小對符合基準(zhǔn)齒形的圓柱外齒輪，YF可按圖查取Ys--應(yīng)力修正系數(shù)：用以考慮齒輪過渡圓角處的應(yīng)力集中和剪切應(yīng)力以及壓應(yīng)力對齒根應(yīng)力的影響---重合度系數(shù)：是將全部載荷作用于齒頂時的齒根應(yīng)力折算為載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點時的齒根應(yīng)力系數(shù)值也可查圖大小齒輪應(yīng)分別進(jìn)行彎曲強度校核時設(shè)計模數(shù)時,應(yīng)按下式選擇6.7標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算一、輪齒的受力分析斜齒輪傳動的受力分析圓周力徑向力軸向力法向力式中：d1---小齒輪分度圓直徑，mm

T1---小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm

n---分度圓柱上的法面壓力角

n=20

t---分度圓柱上的端面壓力角

b---基圓柱上的螺旋角

---分度圓柱上的螺旋角作用于主、從動輪上各對力的方向判斷：Ft、Fr的方向與直齒輪相同F(xiàn)a的方向判斷：1、力分析的方法2、主動輪左（右）手法則判斷：對主動輪：齒的旋向若為右旋，則用右手（左旋用左手）握住輪的軸線，并使四指的方向順著輪的轉(zhuǎn)向方向，此時拇指的指向即為軸向力的方向二、齒面接觸疲勞強度計算計算的原理和方法：與直齒輪相同，仍按齒輪節(jié)點處進(jìn)行計算。不同的是：斜齒輪嚙合點的曲率半徑應(yīng)按法面計算；接觸線總長度比直齒輪大，節(jié)點處的有關(guān)參數(shù)：法向計算載荷綜合曲率法面內(nèi)節(jié)點的曲率半徑為其中接觸線長度LMPa齒面接觸強度的校核公式為:Z--螺旋角系數(shù)，查圖6-9或ZH—節(jié)點區(qū)域系數(shù)查圖6-13齒面接觸疲勞強度的設(shè)計公式:取三、齒根彎曲疲勞強度的計算斜齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強度計算式：接觸線傾斜，輪齒局部折斷按法面當(dāng)量直齒圓柱齒輪計算接觸線傾斜，力臂變小，彎曲應(yīng)力變小，用小于1的螺旋角系數(shù)Y考慮Y--螺旋角系數(shù)取，齒根彎曲疲勞強度設(shè)計式：mm式中涉及到Z的系數(shù)用Zv查取6.8齒輪傳動的潤滑作用：齒輪傳動時，相嚙合的齒面間承受很大壓力，又有相對滑動，所以必須進(jìn)行潤滑潤滑油除減小摩擦，還可以散熱一、齒輪傳動的潤滑方式開式和半開式齒輪傳動，因速度低，一般是人工定期加油或在齒面涂抹潤滑脂閉式齒輪傳動中，潤滑方式取決于齒輪的圓周速度。當(dāng)10m/s時，可采用浸油潤滑當(dāng)>10m/s時，可采用噴油潤滑二、潤滑劑的選擇8.9圓柱齒輪傳動的設(shè)計一、齒輪傳動主要參數(shù)的選擇1、模數(shù)m和齒數(shù)Z1模數(shù)m：主要影響齒根彎曲強度，可按彎曲強度條件設(shè)計。也可按經(jīng)驗公式m=(0.01~0.02)a確定，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。齒數(shù)Z1：齒數(shù)多傳動平穩(wěn)，在中心距不變時可減小模數(shù)、減小齒高、減小磨損、抗膠合。閉式：Z1=18~40，減磨開式：Z1=18~20，輪齒尺寸大，耐磨一般：Z1≥17避免根切Z1、

Z2應(yīng)互為質(zhì)數(shù)表6-5齒寬系數(shù)d2、齒寬系數(shù)d增加齒寬b，可使d1、d2和a減小，但齒寬過大將使載荷分布不均通常：b=b2，b1=b2+5~10d按表6-5選擇3、分度圓壓力角：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定=20°，航空標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定=25°，以提高齒根強度和齒面強度4、齒數(shù)比u：u

≤7，以免傳動尺寸過大。5、螺旋角：一般=8°~20°。過小軸向重合度小承載能力提高不明顯，過大軸向力大影響軸承壽命6、模數(shù)m：按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)選取,見表6-6,一般m≥27、齒輪精度等級：按表6-7選取二、齒輪傳動的許用應(yīng)力1、許用接觸應(yīng)力[]HMPaHlim---試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，MPaSH---安全系數(shù)試驗齒輪：m=3~5mm,，=20°，b=10~50mm,齒面RZ=3m，齒根RZ=10m，節(jié)線v=10m/s，礦物油潤滑，失效概率1%ZN---壽命系數(shù)式中：n--齒輪轉(zhuǎn)速，r/min；a--齒輪轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；

Lh--齒輪的工作壽命，h（小時）ZN按齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由圖查取---計入了齒根應(yīng)力修正系數(shù)之后,試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力2、許用彎曲應(yīng)力[]FSF---安全系數(shù)當(dāng)齒輪雙側(cè)工作時圖中值乘以0.7YN--壽命系數(shù)安全系數(shù)參考值見表6-98.10直齒錐齒輪強度計算特點尺寸計算特點

直齒錐齒輪主要采用等項隙收縮齒，V≤5m/s，幾何尺寸：計算見表6-10（上學(xué)期已介紹)齒寬中點將背錐展開，得m為齒寬中點模數(shù)，直徑為二當(dāng)量直齒輪

8.10直齒錐齒輪強度計算特點2.受力分析假設(shè)：載荷沿齒寬均勻分布集中力作用于齒寬中點節(jié)線法向面

3.強度計算特點計算方法與直齒輪相似。按齒寬中點當(dāng)量直齒輪計算。載荷系數(shù)K=KAKVKβ

錐齒輪制造精度低，受載復(fù)雜